二氧化氮气体浓度测量的积分光谱技术

论文摘要

二氧化氮是一种有毒气体,人为产生的二氧化氮主要来自于燃料燃烧、工业生产过程、城市汽车尾气。二氧化氮会危害人类健康、破坏地表植被。一定浓度的二氧化氮会导致酸雨和光化学烟雾的形成。国家环保局和执法部门对大气中二氧化氮污染的现状越来越重视,陆续出台了一系列政策法规,对二氧化氮排放总量进行控制。本文的研究目的是建立高精度、低成本、抗干扰能力强的二氧化氮浓度监测方法。开展了测量二氧化氮气体的光谱技术研究。以Beer-Lambert定律为基础,通过对二氧化氮气体的光谱性质分析,建立了二氧化氮浓度测量的理论模型,称之为积分光谱法,并编写了数据处理软件。设计并建立了二氧化氮气体测量系统。通过程序控制,该系统可以自动连续对二氧化氮气体浓度进行测量。在数据处理波长范围为400.96-474.57nm时,二氧化氮的检测精度达0.4ppm.m,检测极限达1ppm.m。研究了光谱仪分辨率变化对二氧化氮测量的影响。测量系统对测量过程中光源强度的变化具有很好的抗干扰能力。开展了积分球延长气体有效吸收光程的研究。在理论上,以积分球原理为基础,得到积分球内不同反射次数光子占总出光的比重,研究了积分球中不同反射次数的光子对平均光程的贡献程度。实验上,利用积分球结合积分光谱技术测量了二氧化氮浓度,得到积分球将有效光程扩大了7.7-9.5倍。实验中观察到二氧化氮浓度随时间的快速衰减现象。对积分球内二氧化氮浓度随时间的衰减速率进行了研究。研究了二氧化氮对积分球内壁涂层的物理和化学影响。研究了流速对二氧化氮测量的影响。证明了积分球内壁涂层与二氧化氮发生化学反应以及积分球内壁涂层对二氧化氮的吸附,两者共同作用造成了积分球内二氧化氮浓度随时间的快速衰减。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 二氧化氮的产生
• 1.1.2 二氧化氮的危害
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 积分光谱法测量二氧化氮气体浓度的研究
• 2.1 前言
• 2.2 二氧化氮气体吸收光谱波段的选择
• 2.3 二氧化氮浓度的理论模型
• 2.4 积分光谱法测量二氧化氮气体浓度的实验研究
• 2.4.1 实验装置
• 2.4.2 二氧化氮吸收光谱的数据处理
• 2.5 数据处理方法的验证
• 2.5.1 吸收截面的慢变部分与拟合曲线的对应关系
• 2.5.2 实验装置
• 2.5.3 数据处理方法
• 2.5.4 实验结果
• 2.6 不同光谱范围对二氧化氮测量的影响
• 2.6.1 数据处理结果
• 2.6.2 二氧化氮气体测量的检测精度和检测极限
• 2.7 光谱仪的分辨率对二氧化氮测量的影响
• 2.7.1 实验装置
• 2.7.2 数据处理结果
• 2.8 探测灵敏度对光谱参量的影响
• 2.8.1 实验过程及数据处理方法
• 2.8.2 数据处理结果
• 2.9 光源强度变化对光谱参量的影响
• 2.9.1 实验装置
• 2.9.2 实验结果分析
• 2.10 本章小结
• 第3章 利用积分球测量二氧化氮气体浓度的实验研究
• 3.1 前言
• 3.2 积分球测量气体的理论模型
• 3.3 结合积分球的光谱技术测量二氧化氮的研究
• 3.3.1 光纤光谱仪和光栅光谱仪共同对二氧化氮定标
• 3.3.2 积分球与气体池共同检测二氧化氮的研究
• 3.3.3 数据分析
• 3.4 二氧化氮浓度在积分球内随时间衰减的实验研究
• 3.4.1 实验装置
• 3.4.2 实验结果分析
• 3.5 验证积分球内壁涂层对二氧化氮的吸附
• 3.5.1 实验装置
• 3.5.2 实验结果分析
• 3.6 不同流速对光谱参量的影响
• 3.6.1 实验装置
• 3.6.2 实验结果分析
• 3.7 积分球内加标准白板对光谱参量的影响
• 3.7.1 实验装置
• 3.7.2 实验结果分析
• 3.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历